El holmio es un elemento químico de símbolo Ho y número atómico 67. Es un elemento de tierras raras y el undécimo miembro de la serie de los lantánidos . Es un metal relativamente blando, plateado, bastante resistente a la corrosión y maleable . Como muchos otros lantánidos, el holmio es demasiado reactivo para encontrarse en forma nativa, ya que el holmio puro forma lentamente una capa de óxido amarillento cuando se expone al aire. Cuando se aísla, el holmio es relativamente estable en aire seco a temperatura ambiente. Sin embargo, reacciona con el agua y se corroe fácilmente, y también arde en el aire cuando se calienta.
En la naturaleza, el holmio se encuentra junto con otros metales de tierras raras (como el tulio ). Es un lantánido relativamente raro, que constituye 1,4 partes por millón de la corteza terrestre , una abundancia similar al tungsteno . El holmio fue descubierto a través del aislamiento por el químico sueco Per Theodor Cleve . También fue descubierto de forma independiente por Jacques-Louis Soret y Marc Delafontaine , quienes juntos lo observaron espectroscópicamente en 1878. Su óxido fue aislado por primera vez de minerales de tierras raras por Cleve en 1878. El nombre del elemento proviene de Holmia , el nombre en latín de la ciudad de Estocolmo . [6] [7] [8]
Al igual que muchos otros lantánidos , el holmio se encuentra en los minerales monacita y gadolinita y, por lo general, se extrae comercialmente de la monacita mediante técnicas de intercambio iónico . Sus compuestos en la naturaleza y en casi toda su química de laboratorio están oxidados trivalentemente y contienen iones Ho(III) . Los iones de holmio trivalentes tienen propiedades fluorescentes similares a muchos otros iones de tierras raras (al tiempo que producen su propio conjunto de líneas de luz de emisión únicas ) y, por lo tanto, se utilizan de la misma manera que algunas otras tierras raras en ciertas aplicaciones de láser y colorantes de vidrio.
El holmio tiene la mayor permeabilidad magnética y saturación magnética de todos los elementos y, por lo tanto, se utiliza para las piezas polares de los imanes estáticos más potentes . Debido a que el holmio absorbe fuertemente los neutrones , también se utiliza como veneno combustible en los reactores nucleares .
El holmio es el undécimo miembro de la serie de los lantánidos . En la tabla periódica, aparece en el periodo 6 , entre los lantánidos disprosio a su izquierda y erbio a su derecha, y encima del actínido einstenio .
Con un punto de ebullición de 3000 K (2730 °C), el holmio es el sexto lantánido más volátil después del iterbio , el europio , el samario , el tulio y el disprosio . A temperatura y presión estándar, el holmio, como muchos de la segunda mitad de los lantánidos, normalmente asume una estructura hexagonalmente compacta (hcp) . [9] Sus 67 electrones están dispuestos en la configuración [Xe] 4f 11 6s 2 , de modo que tiene trece electrones de valencia que llenan las subcapas 4f y 6s. [10]
El holmio, como todos los lantánidos, es paramagnético a temperatura y presión estándar. [11] Sin embargo, el holmio es ferromagnético a temperaturas inferiores a 19 K (−254,2 °C; −425,5 °F). [12] Tiene el momento magnético más alto (10,6 μB ) de cualquier elemento natural [13] y posee otras propiedades magnéticas inusuales. Cuando se combina con itrio , forma compuestos altamente magnéticos . [14]
El metal holmio se empaña lentamente en el aire y forma una capa de óxido amarillento que tiene un aspecto similar al del óxido de hierro . Se quema fácilmente para formar óxido de holmio (III) : [15]
Es un elemento relativamente blando y maleable , bastante resistente a la corrosión y químicamente estable en aire seco a temperatura y presión estándar . Sin embargo, en aire húmedo y a temperaturas más altas, se oxida rápidamente y forma un óxido amarillento. [16] En forma pura, el holmio posee un brillo plateado metálico y brillante.
El holmio es bastante electropositivo: en la escala de electronegatividad de Pauling , tiene una electronegatividad de 1,23. [17] Generalmente es trivalente. Reacciona lentamente con agua fría y rápidamente con agua caliente para formar hidróxido de holmio (III): [18]
El metal holmio reacciona con todos los halógenos estables : [19]
El holmio se disuelve fácilmente en ácido sulfúrico diluido para formar soluciones que contienen iones amarillos Ho(III), que existen como complejos [Ho(OH 2 ) 9 ] 3+ : [19]
Al igual que muchos lantánidos, el holmio se encuentra generalmente en el estado de oxidación +3 , formando compuestos como el fluoruro de holmio (III) (HoF 3 ) y el cloruro de holmio (III) (HoCl 3 ). El holmio en solución se encuentra en forma de Ho 3+ rodeado de nueve moléculas de agua. El holmio se disuelve en ácidos . [13] Sin embargo, el holmio también se encuentra en los estados de oxidación +2, +1 y 0. [20] [10]
Los isótopos del holmio varían de 140 Ho a 175 Ho. El modo de desintegración principal antes del isótopo estable más abundante , 165 Ho, es la emisión de positrones , y el modo principal después es la desintegración beta-negativa . Los productos de desintegración principales antes de 165 Ho son los isótopos de terbio y disprosio , y los productos principales después son los isótopos de erbio . [21]
El holmio natural consiste en un isótopo primordial , el holmio-165; [13] es el único isótopo del holmio que se piensa que es estable, aunque se predice que sufrirá desintegración alfa a terbio-161 con una vida media muy larga. [22] De los 35 isótopos radiactivos sintéticos que se conocen, el más estable es el holmio-163 ( 163 Ho), con una vida media de 4570 años. [23] Todos los demás radioisótopos tienen vidas medias en estado fundamental no mayores a 1,117 días, y el más largo, el holmio-166 ( 166 Ho) tiene una vida media de 26,83 horas, [24] y la mayoría tienen vidas medias menores a 3 horas.
El 166m1 Ho tiene una vida media de alrededor de 1200 años. [25] La alta energía de excitación, que resulta en un espectro particularmente rico de rayos gamma de desintegración producidos cuando el estado metaestable se desexcita, hace que este isótopo sea útil como un medio para calibrar espectrómetros de rayos gamma . [26]
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El óxido de holmio (III) es el único óxido de holmio. Cambia de color según las condiciones de iluminación. A la luz del día, tiene un color amarillento. Bajo luz tricromática , aparece rojo anaranjado, casi indistinguible de la apariencia del óxido de erbio en las mismas condiciones de iluminación. [27] El cambio de color está relacionado con las líneas de emisión nítidas de los iones de holmio trivalentes que actúan como fósforos rojos. [28] El óxido de holmio (III) aparece rosa bajo una lámpara fluorescente de cátodo frío.
Se conocen otros calcogenuros para el holmio. El sulfuro de holmio (III) tiene cristales de color amarillo anaranjado en el sistema cristalino monoclínico , [21] con el grupo espacial P 2 1 / m (No. 11). [29] Bajo alta presión, el sulfuro de holmio (III) puede formarse en los sistemas cristalinos cúbicos y ortorrómbicos . [30] Se puede obtener por la reacción del óxido de holmio (III) y el sulfuro de hidrógeno a 1598 K (1325 °C; 2417 °F). [31] También se conoce el seleniuro de holmio (III). Es antiferromagnético por debajo de 6 K. [32]
Se conocen los cuatro trihaluros de holmio. El fluoruro de holmio (III) es un polvo amarillento que se puede producir mediante la reacción del óxido de holmio (III) y el fluoruro de amonio , y luego cristalizándolo a partir de la sal de amonio formada en solución. [33] El cloruro de holmio (III) se puede preparar de manera similar, con cloruro de amonio en lugar de fluoruro de amonio. [34] Tiene la estructura de capa YCl 3 en estado sólido. [35] Estos compuestos, así como el bromuro de holmio (III) y el yoduro de holmio (III), se pueden obtener mediante la reacción directa de los elementos: [19]
Además, el yoduro de holmio (III) se puede obtener mediante la reacción directa de holmio y yoduro de mercurio (II) , eliminando luego el mercurio por destilación . [36]
Los compuestos de organoholmio son muy similares a los de los otros lantánidos , ya que todos ellos comparten la incapacidad de sufrir enlaces π . Por lo tanto, se limitan principalmente a los ciclopentadienuros mayoritariamente iónicos ( isoestructurales con los del lantano) y los alquilos y arilos simples con enlaces σ , algunos de los cuales pueden ser poliméricos . [37]
El holmio ( Holmia , nombre latino de Estocolmo ) fue descubierto por los químicos suizos Jacques-Louis Soret y Marc Delafontaine en 1878, quienes notaron el espectro de emisión espectrográfica aberrante del entonces desconocido elemento (lo llamaron "Elemento X"). [38] [39]
El químico sueco Per Teodor Cleve también descubrió el elemento de forma independiente mientras trabajaba en la tierra de erbio ( óxido de erbio ). Fue el primero en aislar el nuevo elemento. [7] [6] [40] Utilizando el método desarrollado por el químico sueco Carl Gustaf Mosander , Cleve eliminó por primera vez todos los contaminantes conocidos de la erbia. El resultado de ese esfuerzo fueron dos nuevos materiales, uno marrón y otro verde. Llamó a la sustancia marrón holmia (por el nombre en latín de la ciudad natal de Cleve, Estocolmo) y a la verde thulia . Más tarde se descubrió que la holmia era el óxido de holmio y que la thulia era el óxido de tulio . [41]
En el artículo clásico del físico inglés Henry Moseley sobre los números atómicos , al holmio se le asignó el valor 66. La preparación de holmio que le habían dado para investigar era impura, dominada por el vecino (en ese momento no descubierto) disprosio. Habría visto líneas de emisión de rayos X para ambos elementos, pero asumió que las dominantes pertenecían al holmio, en lugar de la impureza de disprosio. [42]
Al igual que todos los demás elementos de tierras raras , el holmio no se encuentra de forma natural como un elemento libre . Se presenta combinado con otros elementos en la gadolinita, la monacita y otros minerales de tierras raras. Hasta el momento no se ha encontrado ningún mineral con predominio del holmio. Las principales zonas mineras son China, Estados Unidos, Brasil, India, Sri Lanka y Australia, con reservas de holmio estimadas en 400.000 toneladas. [41] La producción anual de holmio metálico es de unas 10 toneladas al año. [43]
El holmio constituye 1,3 partes por millón de la corteza terrestre en masa. [44] El holmio constituye 1 parte por millón de los suelos , 400 partes por cuatrillón de agua de mar y casi nada de la atmósfera de la Tierra , lo que es muy raro para un lantánido. [41] Constituye 500 partes por billón del universo en masa. [45]
El holmio se extrae comercialmente por intercambio iónico de arena de monacita (0,05% de holmio), pero aún es difícil de separar de otras tierras raras. El elemento se ha aislado a través de la reducción de su cloruro o fluoruro anhidro con calcio metálico . [21] Su abundancia estimada en la corteza terrestre es de 1,3 mg/kg. El holmio obedece la regla de Oddo-Harkins : como elemento impar, es menos abundante que el disprosio y el erbio. Sin embargo, es el más abundante de los lantánidos pesados de número impar . De los lantánidos, solo el prometio , el tulio , el lutecio y el terbio son menos abundantes en la Tierra. La principal fuente actual son algunas de las arcillas de adsorción de iones del sur de China. Algunas de estas tienen una composición de tierras raras similar a la que se encuentra en la xenotima o la gadolinita. El itrio constituye aproximadamente dos tercios del total en masa; El holmio es de alrededor del 1,5%. [46] El holmio es relativamente barato para un metal de tierras raras, con un precio de aproximadamente 1000 USD /kg. [47]
El vidrio que contiene óxido de holmio y soluciones de óxido de holmio (generalmente en ácido perclórico ) tienen picos de absorción óptica agudos en el rango espectral de 200 a 900 nm. Por lo tanto, se utilizan como un estándar de calibración para espectrofotómetros ópticos . [48] [49] [50] El radioactivo pero de larga vida 166m1 Ho se utiliza en la calibración de espectrómetros de rayos gamma . [51]
El holmio se utiliza para crear los campos magnéticos generados artificialmente más fuertes , cuando se coloca dentro de imanes de alta resistencia como una pieza polar magnética (también llamada concentrador de flujo magnético). [52] El holmio también se utiliza en la fabricación de algunos imanes permanentes .
El granate de hierro y itrio dopado con holmio (YIG) y el fluoruro de litio e itrio tienen aplicaciones en láseres de estado sólido , y el Ho-YIG tiene aplicaciones en aisladores ópticos y en equipos de microondas (por ejemplo, esferas YIG ). Los láseres de holmio emiten a 2,1 micrómetros. [53] Se utilizan en aplicaciones médicas, dentales y de fibra óptica . [14] También se está considerando su uso en la enucleación de la próstata . [54]
Dado que el holmio puede absorber neutrones generados por fisión nuclear , se utiliza como veneno combustible para regular reactores nucleares. [41] Se utiliza como colorante para zirconia cúbica , proporcionando coloración rosa, [55] y para vidrio , proporcionando coloración amarillo-naranja. [56] En marzo de 2017, IBM anunció que habían desarrollado una técnica para almacenar un bit de datos en un solo átomo de holmio colocado sobre un lecho de óxido de magnesio . [57] Con suficientes técnicas de control cuántico y clásico, el holmio puede ser un buen candidato para hacer computadoras cuánticas . [58]
El holmio no desempeña ninguna función biológica en los seres humanos , pero sus sales pueden estimular el metabolismo . [21] Los seres humanos suelen consumir alrededor de un miligramo de holmio al año. Las plantas no absorben fácilmente el holmio del suelo. Se ha medido el contenido de holmio de algunas verduras y ascendió a 100 partes por billón. [59] El holmio y sus sales solubles son ligeramente tóxicos si se ingieren, pero las sales de holmio insolubles no son tóxicas . El holmio metálico en forma de polvo presenta un peligro de incendio y explosión. [60] [61] [62] Grandes cantidades de sales de holmio pueden causar daños graves si se inhalan , se consumen por vía oral o se inyectan . No se conocen los efectos biológicos del holmio durante un largo período de tiempo. El holmio tiene un bajo nivel de toxicidad aguda . [63]
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